Modbus TCP和UDP的传输过程以及二者之间的区别

墨蓝 2022-05-14 01:40 1288阅读 0赞

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TCP和UDP的区别

TCP

UDP

小结TCP与UDP的区别：

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# TCP和UDP的区别 #

modbus通讯协议是一种工业数据通讯的对话标准，就像日常生活中的英语或汉语。TCP或UDP分别是两种不同的以太网应用层数据通讯协议，TCP协议需要先建立服务器和客户端连接，进行点对点数据通讯，而UDP不需要建立连接，通讯的各方都是对等的，可以进行一点对多点的广播式数据传输。

## TCP ##

TCP/IP协议是一个协议簇。里面包括很多协议的。UDP只是其中的一个。之所以命名为TCP/IP协议，因为TCP,IP协议是两个很重要的协议，就用他两命名了。TCP和UDP协议属于传输层协议，而IP协议属于网络层协议。  
    TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是面向连接的协议，也就是说，在收发数据前，必须和对方建立可靠的连接。一个TCP连接必须要经过三次“对话”才能建立起来，其中的过程非常复杂，只简单的描述下这三次对话的简单过程：  
（1）第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=j）到服务器，并进入SYN\_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。  
（2）第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN\_RECV状态；  
（3）第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。  
关于需要握手三次的理解：TCP是一种可靠的传输，所以建立连接的时候也是需要保证可靠的，应答机制是必不可少的。A和B要完成一次完整的信息交互：A向B发送了一次数据，B必须告诉A自己收到数据，并且告诉一些信息给A，这就导致第二次数据的发送，当然A收到B发过来的数据，也必须告诉B自己收到了数据，所以A需要再一次发送数据给B。这三次是完成一个信息交互最基本的过程，整个过程感觉上是一问一答，有问必答的形式。  
  
TCP建立连接要进行3次握手,而断开连接要进行4次：  
（1）当主机A完成数据传输后,将控制位FIN置1,提出停止TCP连接的请求  
（2）主机B收到FIN后对其作出响应,确认这一方向上的TCP连接将关闭,将ACK置1  
（3）由B 端再提出反方向的关闭请求,将FIN置1  
（4）主机A对主机B的请求进行确认,将ACK置1,双方向的关闭结束。  
由TCP的三次握手和四次断开可以看出,TCP使用面向连接的通信方式,大大提高了数据通信的可靠性,使发送数据端和接收端在数据正式传输前就有了交互,为数据正式传输打下了可靠的基础。从断开的4次握手可以看出，只是在B回复A和B对A说话这两个分为两步，而不是像建立连接的时候合为一步，这样多出来了一次握手。  
  
为什么需要分为四次的原因：  
    这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它可以把ACK和SYN（ACK起应答作用，而SYN起同步作用）放在一个报文里来发送。但关闭连接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可以未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。

##    UDP ##

（1） UDP是一个非连接的协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；在接收端，UDP把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。  
（2） 由于传输数据不建立连接，因此也就不需要维护连接状态，包括收发状态等，因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。  
（3） UDP信息包的标题很短，只有8个字节，相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。  
（4） 吞吐量不受拥挤控制算法的调节，只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。  
（5）UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的链接状态表（这里面有许多参数）。  
（6）UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界，因此，应用程序需要选择合适的报文大小。  
我们经常使用“ping”命令来测试两台主机之间TCP/IP通信是否正常，其实“ping”命令的原理就是向对方主机发送UDP数据包，然后对方主机确认收到数据包，如果数据包是否到达的消息及时反馈回来，那么网络就是通的。

##    小结TCP与UDP的区别： ##

1.基于连接与无连接；  
2.对系统资源的要求（TCP较多，UDP少）；  
3.UDP程序结构较简单；  
4.流模式与数据报模式 ；  
5.TCP保证数据正确性，UDP可能丢包，TCP保证数据顺序，UDP不保证。  
  
注：关于第4点不同的解释：  
    用UDP协议发送时，用sendto函数最大能发送数据的长度为：65535－20－8＝65507字节，其中20字节为IP包头长度，8字节为UDP包头长度。用sendto函数发送数据时，如果指的的数据长度大于该值，则函数会返回错误。  
    用TCP协议发送时，由于TCP是数据流协议，因此不存在包大小的限制（暂不考虑缓冲区的大小），这是指在用send函数时，数据长度参数不受限制。而实际上，所指定的这段数据并不一定会一次性发送出去，如果这段数据比较长，可能会被分段发送，如果比较短，可能会等待和下一次数据一起发送。  
关于第5点不同的解释：  
多线程的调度问题，先发的后调度，后发的先调度，以及路由选择的不同路径都可能造成UDP数据到达的无序性。  
  
单机上使用UDP传输是否会存在丢包？  
答：也会存在，但是一般不会出现。目的ip为本机地址，或者使用环回地址的数据包都是直接在到达数据链路层之前，直接返回IP输入函数，不经过网卡所以应该是缓冲区的问题，以及服务器端处理速度跟不上。